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除了滤波器,BAW技术还能用来做什么

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虽然IC技术很难做到颠覆性创新,但延续性创新做到"点"上也会产生颠覆性的效果。这不,以往在滤波器上大展拳脚的BAW技术,竟然要挥师进军传统石英晶体占据的时钟领域。

现实的困境

要一探这一究竟,先来看看目前的石英时钟现状。

正如电子系统都必须要有心跳——时钟信号来帮助每一组件完美同步运行,几十年来,石英晶体成为"大拿"来产生这种电子"心跳",通过晶体振荡实现精确的节奏。

但它也不是没有"暗伤",比如开发过程复杂、耗时,通常性能容易受环境条件影响,像振动、温度等,某些应用的电子系统不得不"将就"。

而随着5G通信和大数据时代的到来,电子系统之间的数据传输速度日益加快,高精度时钟愈发重要。德州仪器半导体事业部中国业务发展总监吴健鸿断言,5G最重要的是更多的数据要以更快的速率传输,这对时钟的稳定性、可靠性等要求也越来越严苛。未来通信基础设施的时钟要求将远超出当前石英晶体的性能。

此外,随着无线应用的大幅增长,外设的石英时钟颇为"不合时宜"。据悉,到2022年,物联网应用的支出预计将从2018年的1510亿美元左右提升至1.2万亿美元。如在工业或汽车应用中,如果PCB板有很大的震动,石英时钟就会抖动或跳变,进而影响精确性,并产生连接不稳定等问题。

于是乎,业界在寻求石英时钟的"升级"方案。但不是循着迭代的路线,而是另辟蹊径,选择了BAW。

为何是BAW?

为何是BAW,虽然BAW滤波器十分常见,但将其用在时钟上可行吗?

吴健鸿分析原因时说,在做时钟设计时,不仅要考虑性能,还要考量生产和设计成本。

BAW振荡器的原理是利用压电效应,通过振动的微型BAW的机械谐振产生稳定的信号,为电子系统提供时钟和计时参考。吴健鸿分析说,由于BAW技术的进步,不仅性能比石英时钟来得更稳定,唤醒速度更快、数字噪音更小,提供超洁净的计时参考,同时还兼顾低成本和小尺寸,实现了稳定、简化和高性能的数据传输。

而从生产来看,其难题是量产一致性。"TI花了很长的时间来攻克这一难题,后来通过在两层不同的Silicon中间注入压电材料来解决,不仅实现了简单的生产工艺,而且保证了量产良率。" 吴健鸿指出。

而从设计来看,实现正确的时钟是不易的。特别是相对比较复杂的系统,比如通信系统对时钟的要求很高,要全面考量复杂性、稳定性、PCB大小等。TI的选择是一方面提供BAW技术开发出的LMK05318网络同步器时钟;另一方面,开发出了集成 BAW技术的最新款CC2652RB SimpleLink无线MCU来应对挑战。

"通过采用上述BAW技术的时钟,系统设计师不仅可简化设计逻辑,缩短产品上市时间,还可降低潜在的整体开发和系统成本。" 吴健鸿总结说。

新BAW时钟的创举

为何如此断言,先来看看这两大产品的身手。

吴健鸿介绍,LMK05318网络同步器时钟有两大优势:一是更快传输更多数据,支持400-Gbps链路传输,时钟性能提升了25db;二是更高的性能,具备超低抖动和高企的无中断切换性能,提高了抗振动和冲击能力。三是简化的设计,相较竞争对手解决方案,由于无需系统内编程,简化了电源要求、减少了BOM,使得PCB设计大为简化。

而TI新推出的集成 BAW技术的CC2652RB SimpleLink无线MCU更是一大创举。作为行业先进的无外置石英晶体的无线MCU,其无需外置高速48MHz时钟,不仅可减少由外置时钟引起的无线射频故障,还可简化设计,节省12%的PCB面积,带来更低的功耗。而超群的频率精度,提升了系统的抗干扰性和稳定性。同时,由于无需筛选、校准和组装外部石英晶体,还可加快产品上市。

TI互连微控制器事业部的副总裁Ray Upton乐观认为:"物联网应用推广的一个主要瓶颈是集成度不高,而无晶体无线MCU将为物联网应用带来巨大的优势。

当然,BAW时钟还是新生力量,撼动石英时钟这一"老江湖"的地位也需细水长流。吴健鸿也强调,在低频应用中,石英时钟的问题相对比较少一些,后续BAW时钟将从高频通信应用中起步,并向工厂、电网、楼宇自动化和医疗系统等应用拓展。

如同打败柯达胶卷的,不是富士胶卷,而是数码相机;让康师傅方便面销量急剧下滑的,不是别的方便面品牌,而是外卖平台一样,或许石英时钟也不会想到,未来BAW会是其最大的对手。


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